Steckverbinder erfüllen aber auch eine mechanische Funktion, indem sie Kabel und Leiterplatten physisch verbinden. Manchmal spielen sie auch eine strukturelle Rolle, indem sie die Signalintegrität und/oder die Stromversorgung in Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, wie beispielsweise im Verteidigungs- oder Raumfahrtbereich, gewährleisten, wo extreme Stöße, Vibrationen und Temperaturschwankungen häufig auftreten. Daher ist bei der Auswahl der Steckverbinder größte Sorgfalt geboten.

Nehmen wir CubeSats als Beispiel. Das sind sehr kleine, würfelförmige Satelliten mit einer Kantenlänge von 10 cm und einem Gewicht von unter 2 kg. CubeSats wurden von der Internationalen Raumstation ausgesetzt oder als Sekundärnutzlast gestartet. Bis heute wurden Tausende von CubeSats ins All befördert.

Natürlich sind Größe und Gewicht extrem wichtig, aber da das Ziel des CubeSats ein kostengünstiger Start ins All ist (die Startkosten liegen zwischen 60.000 und 100.000 US-Dollar, die Baukosten beginnen bei nur 50.000 US-Dollar), ist die Minimierung der Komponentenkosten ebenfalls unerlässlich. Im Bereich der Unterhaltungselektronik, beispielsweise bei Kameras und anderen tragbaren elektronischen Geräten, finden sich zahlreiche Beispiele für sehr preiswerte, leichte und miniaturisierte Steckverbinder. In der Luft- und Raumfahrt wären diese Steckverbinder jedoch den Stößen und Vibrationen beim Start nicht gewachsen. Ein Artikel von Dave Pignatelli von der California Polytechnic State University mit dem Titel „Verbesserung der Startvibrationsumgebung für CubeSats“ erklärt, dass die Belastung eines CubeSats durch Stöße und Vibrationen aufgrund verschiedener Faktoren variiert. Dazu gehören die Eigenschaften der Trägerrakete und des Tests, die Methode der Nutzlastverteilung und -begrenzung sowie die Implementierung der Isolation. Die Werte für einen intern isolierten CubeSat lagen zwischen 3,7 Grms und 4,4 Grms, wobei sie in anderen Anwendungen und Konfigurationen deutlich höher ausfallen. Hinzu kommt das Problem der Temperaturschwankungen. Die Flugbahn eines Satelliten kann dazu führen, dass der CubeSat bei direkter Sonneneinstrahlung oder – wie Pink Floyd sangen – beim Vorbeiflug an der Mondrückseite extrem hohen oder extrem niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.

Es ist offensichtlich, dass eine andere Art von Verbindung benötigt wird. Oftmals ist die bevorzugte Option ein kommerzielles Gerät, das die Leistungsanforderungen von Organisationen wie der NASA oder dem Militär erfüllt, jedoch möglicherweise nicht vollständig den Normen entspricht. Diese Geräte sind häufig deutlich günstiger als vollständig zertifizierte Geräte für Verteidigungsanwendungen und halten dennoch den hohen Anforderungen der rauen Umgebungen stand, in denen sie eingesetzt werden.

Es gibt aber noch einen weiteren Aspekt zu berücksichtigen: Die von der NASA zertifizierten Steckverbinder wurden möglicherweise vor 30 oder 40 Jahren entwickelt.

Im kommerziellen Raumfahrtmarkt ist ein in den 1980er-Jahren entwickelter Steckverbinder hinsichtlich Größe, Gewicht, Leistung und Kosten (SWaP-C) möglicherweise nicht die optimale Komponente für die jeweilige Anwendung. Unter Umständen ist es auch notwendig, Prototypen von einem Distributor (wie beispielsweise Powell) zu beziehen, der Muster aus seinem Lagerbestand liefern kann. Hersteller hochzuverlässiger Steckverbinder wie Harwin kontaktieren daher häufig Unternehmen der kommerziellen Raumfahrtbranche, die aus diesem Grund – und weil ältere, hochzuverlässige Steckverbinder ungeeignet wären – die Standards von NASA und ESA nach Möglichkeit zu umgehen versuchen. Was vor 40 Jahren für die Raumsonde Voyager 2 zur Erforschung des Neptun funktionierte, ist für den Aufbau einer Konstellation von 300 Kommunikationssatelliten in niedriger Erdumlaufbahn zur Breitbandversorgung Afrikas kaum geeignet. Die Herausforderung ist eine völlig andere.

Daher benötigen wir eine moderne Verbindungslösung, die den Anforderungen militärischer Geräte hinsichtlich Stoßfestigkeit, Vibrationsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit gerecht wird und gleichzeitig die Vorteile eines deutlich neueren Designs in Bezug auf Platzbedarf, Gewicht und Kosten bietet. Powell vertreibt Produkte von Harwin plc, einem etablierten Anbieter hochzuverlässiger Verbindungslösungen. Das Unternehmen betreibt wichtige Produktionsanlagen in seinem Werk in Portsmouth, Großbritannien, wodurch höchste Qualitätsstandards gewährleistet werden können. Vor einigen Jahren führte das Unternehmen seine Gecko-Familie von 1,25-mm-Rastersteckverbindern ein. Diese Steckverbinder bieten im Vergleich zu herkömmlichen Micro-D-Steckverbindern eine erhebliche Platzersparnis. Da sie aus robustem Kunststoff anstatt aus Metall gefertigt sind, ermöglichen sie zudem deutliche Gewichts- und Kosteneinsparungen.

Kabelkontaktmontage Harwin Geckt MT WGecko-
Familie um Varianten mit gemischten Anschlüssen erweitert. Durch die Ergänzung der Datenkontakte mit zwei oder mehr Leistungskontakten (in 1+8+1- oder 2+8+2-Konfigurationen) reduzieren die Gecko-MT-Steckverbinder den Platz- und Gewichtsbedarf elektronischer Bauteile. Harwin hat außerdem kürzlich sechs neue Kontaktanordnungen mit 2 bis 6 Leistungskontakten und 4 bis 24 Signalkontakten eingeführt. Deren Aufbau ist asymmetrisch: Die Leistungskontakte befinden sich an einem Ende, die Datenkontakte am anderen. Alle Konfigurationen zeichnen sich durch eine maximale Strombelastbarkeit von 10 A bzw. 2,8 A pro Kontakt für Leistung bzw. Daten aus.

Die Gecko-MT-Steckverbinderreihe umfasst weibliche und männliche Kabelsteckverbinder sowie vertikale weibliche und rechtwinklige männliche Steckverbinder für Leiterplatten. Diese Komponenten verfügen über robuste, verschraubbare Edelstahlbefestigungen (in konventioneller und umgekehrter Ausführung), die selbst unter härtesten Einsatzbedingungen eine zuverlässige Verbindung gewährleisten. Sie sind vibrationsfest bis 20 G und stoßfest bis 100 G und arbeiten in einem Temperaturbereich von -65 °C bis 150 °C. Zudem zeichnen sie sich durch geringe Ausgasung aus.

Die Gecko-MT-Steckverbinder, die Daten und Strom in einer einzigen, kompakten und leichten Lösung übertragen, sind optimal für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Raumfahrt und im Motorsport geeignet. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen zählen Robotik, unbemannte Luftfahrzeuge, Batteriemanagement und Satelliten. Sie sind ab Lager und über Powell, den Vertriebspartner von Harwin, erhältlich. Harwins Verkabelungsprodukte sind ebenfalls über Powell verfügbar. Werkzeuge zum zuverlässigen Verbinden von Kabeln und Steckverbindern können teuer sein. Der Kauf eines kompletten, bewährten Produkts bietet Anwendern daher erhebliche Kosteneinsparungen und mehr Sicherheit.

Robert Webber, Produktspezialist, Powell Electronics